더 높은 온도에서 컴퓨터 속도가 향상됩니까?

더 높은 온도에서 컴퓨터가 더 빨라 집니까? 온도가 높으면 핵심 구성 요소가 손상 될 수 있으므로 항상 컴퓨터를 식히기를 원할 것입니다.

그러나 더 높은 온도에서 더 많은 전자를 방출하는 실리콘과 온도에 따라 증가하는 금속 성분의 저항은 실리콘 사이의 상호 작용입니까? 아니면 전체 컴퓨터 성능 측면에서 무시해도 될까요?

질문을 하위 질문으로 나눌 수 있습니다.

빠른 컴퓨터 :

컴퓨터의 "속도"의 가장 일반적인 측정 값은 최대 클럭 주파수입니다. 이 측정 값은 정확한 측정 값이 아니 었지만 ( Megahertz myth ), 멀티 코어 프로세서가 표준이 된 후 최근 몇 년 동안 중요하지 않게되었습니다. 오늘날의 컴퓨터에서 최고 성능은 최대 클럭 주파수보다 훨씬 더 복잡한 요소에 의해 결정됩니다 (이러한 요소에는 HW 및 SW 측면이 모두 포함됩니다).

클록 주파수에 대한 온도의 영향 :

우리는 여전히 온도가 컴퓨터의 클럭 주파수에 어떻게 영향을 미치는지 알고 싶다고 말했다. 대답은 그것이 눈에 띄는 방식으로 영향을 미치지 않는다는 것입니다. 컴퓨터의 클럭은 (보통) 수정 발진기에서 비롯되며 전혀 가열되지 않습니다. 이것은 발진기의 주파수가 온도와 무관하다는 것을 의미합니다. 발진기에 의해 생성 된 신호는 주파수에서 PLL로 곱해진다. PLL의 출력 주파수는 온도에 의해 영향을받지 않지만 (올바로 설계되었다고 가정 할 때) PLL의 클록 신호의 노이즈 레벨은 온도에 따라 증가합니다.

위의 논의는 다음과 같은 결론으로 ​​이어진다 : 온도의 증가는 클록의 주파수를 (상당한 양만큼) 증가시키지 않지만, 클록 신호의 노이즈 증가로 인해 논리적 고장을 야기 할 수있다.

최대 클록 주파수에 대한 온도의 영향 :

온도는 클럭의 사전 정의 된 주파수에 효과적으로 영향을 미치지 않습니다. 그러나 온도가 높을수록 더 높은 주파수를 사용할 수 있습니까?

무엇보다도 현대 컴퓨터에는 클럭 속도가 기술 한계에 미치지 못했음을 이해해야합니다. 이 질문은 이미 요청되었습니다 여기 되었습니다 .

위의 내용은 기본적으로 정의 된 것보다 CPU 주파수를 높일 수 있음을 의미합니다. 그러나이 경우 온도는 제한 요소이며 이점이 아닙니다. 이에 대한 두 가지 이유 :

• 전선의 저항은 온도에 따라 증가합니다
• 일렉트로 마이그레이션 속도는 온도에 따라 증가합니다

첫 번째 요소는 고온에서 논리 오류가 발생할 확률이 높습니다 (잘못된 논리 값이 사용됨). 두 번째 요소는 고온에서 물리적 인 고장 가능성을 높입니다 (예 : 전도성 와이어의 영구적 인 손상).

따라서 온도는 프로세서 최대 주파수의 제한 요소입니다. 프로세서가 과냉각 상태 일 때 프로세서 의 가장 과도하게 오버 클러킹 이 수행되는 이유 입니다.

실리콘의 열 여기 캐리어 :

실리콘의 저항률이 온도에 따라 감소한다는 생각으로 잘못된 결론에 도달했다고 생각합니다. 그렇지 않습니다.

열 발생률은 온도에 따라 실제로 증가하지만, 진성 실리콘에는 그다지 쓸모가 없습니다. 업계에서 사용되는 실리콘의 대부분이 도핑된다는 사실은 열적으로 여기 된 캐리어가 실리콘에서 프리 캐리어의 무시할만한 부분을 포함한다는 것을 의미합니다. 따라서, 열 여기 속도의 큰 증가조차도 자유 캐리어의 밀도에 영향을 미치지 않을 것이다. 이 계산기를 확인하고 열 발생 캐리어의 밀도가 일반적인 도핑 농도 ( 도달하는 온도를 찾으십시오.$\geq 10^{16}cm^{-3}$ )에 . 열 생성이 실리콘의 전도도에 영향을 미치기 훨씬 오래 전에 프로세서가 소실됩니다.

또한, 유리 담체의 이동성은 온도에 따라 감소하는 경향이있다; 따라서 실리콘의 전도도를 높이는 대신 논리적 감소 가능성이 더 높은 감소를 관찰 할 수 있습니다.

결론:

온도는 컴퓨터 속도의 주요 제한 요소입니다.

프로세서 온도가 높을수록 지구 온난화 속도가 높아져 매우 나쁩니다.

관심있는 독자를위한 고급 주제 :

내 최선의 지식에 대한 위의 답변은 32nm까지의 기술에 대해 완전히 정확합니다. 그러나 인텔의 22nm finFET 기술의 경우 그림이 다를 수 있으며 (웹에서 최신 프로세스에 대한 참조를 찾지 못했습니다) 프로세스 기술이 계속 축소됨에 따라 확실히 바뀔 것입니다.

서로 다른 기술을 사용하여 구현 된 트랜지스터의 "속도"를 비교하는 일반적인 방법은 최소 크기 인버터의 전파 지연을 특성화하는 것입니다. 이 파라미터는 구동 회로와 인버터 자체의 부하에 따라 달라 지므로 링 오실레이터를 형성하는 폐쇄 루프로 연결된 인버터가 거의 없을 때 지연이 계산됩니다 .

전파 지연이 온도 (저속 로직)에 따라 증가하는 경우 장치는 정상 온도 종속성 레짐에서 작동한다고합니다. 그러나 장치의 작동 조건에 따라 전파 지연은 온도 (빠른 로직)에 따라 감소 할 수 있으며,이 경우 장치는 역 온도 종속성 레짐에서 작동한다고합니다.

정상에서 역 온도 체제로의 전환과 관련된 요인에 대한 가장 기본적인 개요조차도 일반적인 대답의 범위를 벗어나고 반도체 물리학에 대한 깊은 지식이 필요합니다. 이 기사 는 이러한 요소에 대한 가장 간단하면서도 완벽한 개요입니다.

위 기사 (및 웹에서 찾은 다른 참조)의 결론은 현재 채택 된 기술 (역시 데이터를 찾지 못한 22nm finFET 제외)에서 역 온도 의존성을 관찰해서는 안된다는 것입니다.

내 대답은 아니오 야.

주로 컴퓨터는 클럭 회로이기 때문입니다. CPU 또는 전체 컴퓨터의 온도가 높은 경우 클럭 회로가 더 빨리 실행되지 않습니다. 따라서 MIPS 또는 FLOPS의 수는 온도에 관계없이 동일합니다.

그러나 질문에 대한 의견에서 알 수 있듯이 온도는 CPU가 지원하는 최대 클럭 속도에 영향을 줄 수 있습니다.

컴퓨터는 시계 속도만큼 빠르게 작동합니다. 따라서 다른 작업을 수행하지 않고 컴퓨터를 가열하면 컴퓨터가 가열되어 손상되어 계산 전력이 0이 될 때까지 계산 전력에 영향을 미치지 않습니다.

컴퓨터를 작동 시키면 전력이 사용되는데, 이는 컴퓨터에서 열로 소산됩니다. 사용되는 전력량은 클럭 속도에 부분적으로 비례합니다. 즉, 컴퓨터가 뜨거울수록 더 이상 작동하지 않아 영구적으로 손상 될 수있는 위험 지점에 도달하지 않도록 시계를 느리게해야합니다.

이러한 이유로 고성능 컴퓨터에는 온도 센서가 있습니다. 외부 회로는 컴퓨터를 가능한 빨리 클럭하지만 최대 작동 온도를 초과하지 않아야합니다. 따라서 이러한 장치 중 하나를 가열 하면 감소합니다 하면 열 관리 회로가 최대 작동 온도에 도달하기 전에 더 적은 전력이 허용되기 때문에 열 관리 회로가 컴퓨터 속도를 느리게하므로 계산 전력 .

나는 이것에 대해 인텔의 광고를 본 것을 기억합니다. 그들은 프로세서에 이러한 온도 감지 및 클록 조정 회로가 내장되어 있음을 보여주었습니다. 그들은 하나의 칩과 다른 컴퓨터가 같은 속도로 동일한 프로그램을 실행하는 두 대의 컴퓨터를 보여주었습니다. 그런 다음 두 프로세서에서 방열판을 분리했습니다. 내부 열 관리 회로가있는 회로가 느려졌습니다. 다른 하나는 잠시 동안 계속했다가 과열되면 완전히 종료합니다.

일반적인 컴퓨터에서 스위칭 소자의 주요 유형은 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터입니다. 이러한 장치는 차가울 때보 다 뜨거울 때 전류를 통과시키는 데 덜 효과적입니다. 이러한 동작이 좋은 상황이있을 수 있지만 (예 : 전력 MOSFET의 부하 분배 능력을 향상시키는) MOSFET으로 구현 된 논리 기능이 고온에서 전환하는 데 시간이 더 오래 걸릴 수도 있습니다. 컴퓨터를 안정적으로 작동하려면 다음주기에 도달하기 전에 주어진주기에서 전환해야하는 모든 회로가 그렇게해야합니다. 일반적으로 컴퓨터는 저온에서 가능한 한 높은 온도에서 빠르게 작동 할 수 없습니다.

또한 상보 -MOSFET 논리를 사용하여 컴퓨터에서 발생하는 열의 양은 실제 작동 속도에 비례합니다. 과열로 인한 손상을 방지하기 위해 여러 프로세서에는 온도가 특정 임계 값을 초과하면 자동으로 속도를 늦추는 회로가 있습니다. 이것은 물론 응용 프로그램 성능을 크게 저하 시키지만 응용 프로그램 속도가 느리면 프로세서가 일시적 또는 영구적으로 작동을 완전히 중단하는 것보다 낫습니다.